搞懂这 9 个步骤，DNS 访问原理就明明白白了

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来自：51CTO崔皓 | 责编：乐乐

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程序员小乐(ID:study_tech)第 945 次推文图源：百度

往日回顾：字节一面，面试官拿 System.out.println() 考了我半个小时？我傻了

正文

又到了招聘季了，前两天遇到一个面试的小伙伴，他说面试官和他聊得很投机，无意中谈到了DNS请求的过程。他一时语塞随便应付了两句，虽然对方没有追问的意思，但最后面试结果也并不理想。本着边面试边学习的态度，我们来看看DNS请求的过程中涉及到的定义和原理。

DNS的含义和结构

众所周知，在互联网中是用IP来标识一台服务器的。IP地址虽然能够代表一台设备，但是由于记忆起来比较困难，所以将其替换成一个能够理解和识别的名字，这个名字我们称作为域名。例如：www.51cto.com 就是一个域名，在域名后面会定义一个IP地址用来指向网站服务器。那么问题来了，谁来做这个从域名到IP地址的对应呢？答案是通过DNS来实现。

DNS 是域名系统（Domain Name System，缩写：DNS）是互联网的一项服务。它将域名和IP地址相互映射的一个分布式数据库，在数据库中保存域名与IP的对照关系，从而使人更方便地访问互联网。

DNS解析是分布式存储的，从结构上来说最顶层是，根域名服务器（ROOT DNS Server），存储260个顶级域名服务器的IP地址。对于Ipv4来说全球有13个根域名服务器，它储存了每个域（如.com .net .cn）的解析和域名服务器的地址信息。简单的说，根域名服务器就是存放顶级域名服务器地址的。

在根域名服务器下一级就是，顶级域名服务器。例如.com的域名服务器，存储的是一些一级域名的权威DNS服务器地址(如toutiao.com的DNS)。

顶级域名又称一级域名，顶级域名可以分为三类，即gTLD、ccTLD和New gTLD：

gTLD：国际顶级域名（generic top-level domains，gTLD），例如：.com/.net/.org等都属于gTLD；
ccTLD：国家和地区顶级域名（country code top-level domains，简称ccTLD），例如：中国是.cn域名，日本是.jp域名；
New gTLD：新顶级域名（New gTLD），例如：.xyz/.top/.red/.help等新顶级域名。
顶级域名服务器就是根据上面三类保存域名IP对应数据的。

在顶级域名服务器下面一级就是，本地域名服务器（Local DNS）一般是运营商的DNS，主要作用就是代理用户进行域名分析的。

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如图1 所示，DNS域名服务器分为三级，从上到下分别是根域名服务器（Root DNS Server）、顶级域名服务器（gTLD、ccTLD、New gTLD）、本地域名服务器（Local DNS Server）。

图1 DNS 分层结构

DNS解析原理

说完DNS的结构，再来谈谈其运行原理。通过用户访问网页的过程，来描述DNS解析以及获取URL到IP映射的整个过程。其中过程比较复杂，会存在信息的来回传递。画图的过程中我们会简化信息来回传递的线段，重点放在信息传递的路径，通过9步来诠释DNS解析过程。

图2 用户请求以及DNS解析的全过程

用户请求通过浏览器输入要访问网站的地址，例如：www.51cto.com。浏览器会在自己的缓存中查找URL对应IP地址。如果之前访问过，保存了这个URL对应IP地址的缓存，那么就直接访问IP地址。如果没有缓存，进入到第2步。
通过计算机本地的Host文件配置，可以设置URL和IP地址的映射关系。比如windows下是通过C:\windwos\system32\driver\etc\hosts文件来设置的，linux中则是/etc/named.confg文件。这里查找本地的Host文件，看是有IP地址的缓存。如果在文件中依旧没有找到映射关系，进入第3步。
请求Local DNS Server，通过本地运营商获取URL和IP的映射关系。如果在校园网，DNS服务器就在学校，如果是小区网络，DNS服务器是运营商提供的。总之这个服务器在物理位置上离发起请求的计算机比较近。Local DNS Server缓存了大量的DNS解析结果。由于它的性能较好，物理上的距离又比较近，它通常会在很短的时间内返回指定域名的解析结果。80%的DNS解析需求在这一步就满足了。如果在这一步还是没有完成DNS解析，进入第4步
通过Root DNS Server进行解析，ROOT DNS Server会根据请求的URL 返回给Local DNS Server顶级域名服务器的地址。例如：查询的是”.com”的域名，就查询 gTL对应的域名服务器的地址。
返回顶级域名服务器的地址以后，访问对应的顶级域名服务器（gTLD、ccTLD、New gTLD），并且返回Name Server服务器地址。这个Name Server就是网站注册的域名服务器，上面包含了网站URL和IP的对应信息。例如你在某个域名服务提供商申请的域名，这个域名就由他们的服务器来解析。这个Name Server是由域名提供商维护的。
Name Server会把指定域名的A记录或者CNAME返回给Local DNS Server，并且设置一个TTL。

A (Address) 记录是用来指定主机名（或域名）对应的IP地址记录。用户可以将该域名下的网站服务器指向到自己的web server上。同时也可以设置您域名的二级域名。
CNAME：别名记录。这种记录允许您将多个名字映射到另外一个域名。通常用于同时提供WWW和MAIL服务的计算机。例如，有一台计算机名为“host.mydomain.com”（A记录）。它同时提供WWW和MAIL服务，为了便于用户访问服务。服务商从方便维护的角度，一般也建议用户使用CNAME记录绑定域名的。如果主机使用了双线IP，显然使用CNAME也要方便一些。
TTL（Time To Live）：也就是设置这个DNS解析在Local DNS Server上面的过期时间。超过了这个过期时间，URL和IP的映射就会被删除，需要获取还要请求Name Server。

如果此时获取的是A记录，那么就可以直接访问网站的IP了。但是通常来说大型的网站都会返回CNAME，然后将其传给GTM Server。
GTM（Global Traffic Manager的简写）即全局流量管理，基于网宿智能DNS、分布式监控体系，实现实时故障切换及全球负载均衡，保障应用服务的持续高可用性。传给GTM的目的就是希望通过GTM的负载均衡机制，帮助用户找到最适合自己的服务器IP。

也就是离自己最近，性能最好，服务器状态最健康的。而且大多数的网站会做CDN缓存，此时就更需要使用GTM帮你找到网络节点中适合你的CDN缓存服务器。

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1. 找到CDN缓存服务器以后，可以直接从服务器上面获取一些静态资源，例如：HTML、CSS、JS和图片。但是一些动态资源，例如商品信息，订单信息，需要通过第9步。
2. 对于没有缓存的动态资源需要从应用服务器获取，在应用服务器与互联网之间通常有一层负载均衡器负责反向代理。有它路由到应用服务器上。
总结

NS服务器是用来做URL与IP地址解析的，帮助用户找到要访问服务器的IP。从DNS服务器的结构来说大致分为三层：根域名服务器，顶级域名服务器，本地域名服务器。

申请域名的供应商会提供Name Server作为DNS解析。从用户访问一个网站出发，经过浏览器，本地Host文件、Local DNS Server、Root DNS Server、顶级域名服务器（gTLD、ccTLD、New gTLD）、Name Server、GTM、CDN、Application Server。共经历了九个步骤。

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